CN113107580B - 一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置及方法，在回风巷道设置喷雾器组件和捕尘网组件，喷雾器一将液态水雾化，与风流中的煤尘与粉尘结合聚沉，喷雾处理将大部分煤尘、粉尘去掉，捕尘网一用于将剩余未除尘的风流做进一步的除尘处理；喷雾器二为催化器溶液喷雾器，选用的催化剂为一种基于铱的催化剂，可以将回风巷道内的瓦斯催化转化为甲醇，捕尘网二吸收甲醇溶液并引流至甲醇分离系统中；此方法可以有效降低回风巷道内的粉尘浓度和瓦斯浓度；甲醇分离系统，可以将巷道内的瓦斯并转化为甲醇，使瓦斯得到二次利用，提高煤矿资源利用率；残余的催化溶剂可以通过过滤装置过滤后回送至喷雾器二中继续使用，实现催化剂溶液的循环利用。
Description
技术领域
本发明属于新型回采巷道瓦斯治理领域，具体是一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置及方法。
背景技术
随着我国煤炭开采强度和深度的增加，煤与瓦斯突出灾害的危险性越来越严重，对煤炭工业形象造成严重的负面影响。回风巷道作为整个工作面瓦斯含量最高的区域，安全问题尤为突出，为此，降低回风巷瓦斯含量成为采煤工作面安全高效生产的重要内容，常规煤矿用于降低巷道瓦斯含量的办法为增大巷道的风量，稀释瓦斯浓度，以达到降低瓦斯浓度的目的。但这种方法极易因为增大风量而造成巷道煤层浓度增大，增加巷道的危险性。
发明内容
为了解决背景技术中提出的技术问题，本发明提供了一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置及方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，包括设置在回风巷道内的喷雾器组件和捕尘网组件，所述喷雾器组件包括随风流方向依次设置的喷雾器一和喷雾器二；
所述捕尘网组件包括捕尘网一和捕尘网二，所述捕尘网一、捕尘网二的尺寸大小均与回风巷道的内管道相适配，喷雾器二的一端与喷雾器一之间竖向设置有所述捕尘网一，喷雾器二的另一端与回风巷道的出风口之间竖向设置有所述捕尘网二，捕尘网和捕尘网二将回风巷道随风流方向分隔成除尘段、催化段和出风段；
回风巷道的催化段的前端靠近捕尘网一的内管壁上设置有粉尘浓度传感器，回风巷道的催化段的后端靠近捕尘网二的内管壁上设置有瓦斯浓度传感器，回风巷道的出风段的前端靠近捕尘网二的内管壁上同样设置有瓦斯浓度传感器；
还包括有甲醇分离系统和原料制备系统，所述捕尘网二的下端连接有所述甲醇分离系统，所述喷雾器二与原料制备系统连接，所述甲醇分离系统将含有甲醇的催化剂溶液进行分离，并将催化剂提纯后注入喷雾器二中。
进一步地，所述原料制备系统包括混料装置、搅拌机、高压泵和注液箱；
所述注液箱上设置有顶部出液口、侧壁进液口与底部进液口，所述混料装置与注液箱的侧壁进液口连接，所述搅拌机的搅拌轴的端部伸至混料装置内，所述喷雾器二与注液箱的顶部出液口，所述高压泵设置在喷雾器二与注液箱的顶部出液口之间，所述甲醇分离系统与注液箱的底部进液口连接；
所述混料装置上设置有进水口和催化剂进入口。
进一步地，所述甲醇分离系统包括甲醇分离机构和提纯机构；
所述甲醇分离机构包括甲醇蒸馏装置和过滤装置，所述甲醇蒸馏装置的一侧设置有进液口，另一侧设置有上端出液口和下端出液口，所述冷却网与甲醇蒸馏装置的进液口连接，所述过滤装置的一端与甲醇蒸馏装置的下端出液口连接，另一端与注液箱的底部进液口连接，底端与提纯装置连接；
所述提纯机构包括提纯装置和甲醇储液罐，所述甲醇蒸馏装置的上端出液口与提纯装置连接，所述提纯装置与甲醇储液罐连接。
进一步地，所述捕尘网一和捕尘网二上设置有水幕。
进一步地，所述捕尘网二的下端还设置有储液槽。
进一步地，所述储液槽的一端开设有回收口，所述回收口与甲醇分离系统连接。
进一步地，所述喷雾器二为催化器溶液喷雾器，选用的催化剂为一种基于铱的催化剂。
进一步地，还包括有信息处理与反馈装置，所述瓦斯浓度传感器和粉尘浓度传感器将检测到的信号传输至信息处理与反馈装置。
一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯方法包括如下几个步骤：
步骤S1. 喷雾器一将液态水雾化，对回风巷道内的风流进行一次除尘；
步骤S2. 捕尘网一（11）以及捕尘网上的水幕（15）对一次除尘后的风流进行二次除尘；
步骤S3. 粉尘浓度传感器实时监测过二次除尘后的煤、粉尘浓度，信息处理与反馈装置根据粉尘浓度传感器监测到的煤、粉尘浓度进行判断并及时调整喷雾器一的喷洒速度和捕尘网上的水幕的水流速度，使得二次除尘后风流中的煤、粉尘含量在预设的允许范围内；
步骤S4. 喷雾器二将催化剂溶液雾化，与二次除尘后风流中的瓦斯参与反应，将风流中的瓦斯转化为甲醇气体，并被冷却网吸收转化为液体，通过捕尘网二下方的储液槽的回收口流入甲醇分离系统；
步骤S5. 甲醇分离系统将甲醇与催化剂溶液分离开，甲醇通过提纯系统提纯以后，储存到甲醇储液罐, 催化剂溶液通过过滤以后重新注入喷雾器二中，循化利用;
步骤S6. 瓦斯浓度传感器实时监测催化反应前后风流中瓦斯浓度，信息处理与反馈装置根据瓦斯浓度传感器监测到的瓦斯浓度进行判断并调整喷雾器二的喷洒速度。与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、在回风巷道设置喷雾器组件和捕尘网组件，喷雾器一将液态水雾化，与风流中的煤尘与粉尘结合聚沉，喷雾处理将大部分煤尘、粉尘去掉，捕尘网用于将剩余未除尘的风流做进一步的除尘处理；喷雾器二为催化器溶液喷雾器，选用的催化剂为一种基于铱的催化剂，可以将回风巷道内的瓦斯催化转化为甲醇，冷却网吸收甲醇溶液并引流至甲醇分离系统中；此方法可以有效降低回风巷道内的粉尘浓度和瓦斯浓度。
2、设置有甲醇分离系统，通过喷雾器二喷射催化溶剂吸收巷道内的瓦斯并转化为甲醇，使瓦斯得到二次利用，提高煤矿资源利用率；同时，残余的催化溶剂可以通过过滤装置过滤后回送至喷雾器二中继续使用，实现催化剂溶液的循环利用。
3、粉尘浓度传感器实时监测过滤后风流中的煤尘、粉尘浓度，通过信息处理与反馈装置做出判断及时调整喷雾器一的喷洒速度和捕尘网一上水幕的水流速度，确保除尘风流中煤、粉尘含量在预设的允许范围内；瓦斯传感器用于实时监测催化反应前后风流中瓦斯浓度，实时反馈到信息处理与反馈装置并调整喷雾器二的喷洒速度，达到最高转化效率。
附图说明
图1为本发明一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置的结构示意图；
图2为捕尘网一和捕尘网二的放大示意图；
图3为本发明中甲醇分离系统和原料制备系统的示意图；
图中，1、进水口，2、催化剂进入口，3、混料装置，4、搅拌机，5、高压泵，6、注液箱，7、甲醇蒸馏装置，8、过滤装置，9、提纯装置，10、甲醇储液罐，11、捕尘网一，12、喷雾器二，13、捕尘网二，14、喷雾器一，15、水幕，16、信息处理与反馈装置，17、粉尘浓度传感器，18、瓦斯浓度传感器，19、回收口。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例，请参照附图1-2，一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，包括设置在回风巷道内的喷雾器组件、捕尘网组件、有甲醇分离系统和原料制备系统。
喷雾器组件包括随风流方向依次设置的喷雾器一14和喷雾器二12。
捕尘网组件包括捕尘网一11和捕尘网二13，捕尘网一11、捕尘网二13的尺寸大小均与回风巷道相适配，喷雾器二12的一端与喷雾器一14之间竖向设置有所述捕尘网一11，喷雾器二12的另一端与回风巷道的出风口之间竖向设置有所述捕尘网二13，捕尘网一11和捕尘网二13将回风巷道随风流方向分隔成除尘段、催化段和出风段；
回风巷道的催化段的前端靠近捕尘网一11的巷道壁上设置有粉尘浓度传感器17，回风巷道的催化段的后端靠近捕尘网二13的巷道壁上设置有瓦斯浓度传感器18，回风巷道的出风段的前端靠近捕尘网二13的巷道壁上同样设置有瓦斯浓度传感器18；
喷雾器二12与原料制备系统连接，甲醇分离系统将含有甲醇的催化剂溶液进行分离，并将催化剂提纯后注入喷雾器二12中。
需要说明的是，捕尘网一11上设置有水幕15，用于回风巷道风流降尘处理，其中，喷雾器一14的作用为将液态水雾化，与风流中的煤尘与粉尘结合聚沉，喷雾处理将大部分煤尘、粉尘去掉，捕尘网用于将剩余未除尘的风流做进一步的除尘处理；捕尘网二13上设置有水幕15，下端设置有储液槽。通过喷雾器二12喷射催化溶，将瓦斯气体转化为甲醇气体,捕尘网二13和水幕15配合将风流中的甲醇吸附到捕尘网二13上，进而通过水幕15的作用流入到捕尘网二13下方的储液槽中。储液槽的一端开设有回收口19，回收口19与甲醇分离系统连接，液化后的甲醇气体通过回收口19引流至甲醇分离系统中。
作为优选的，喷雾器二12为催化器溶液喷雾器，选用的催化剂为一种基于铱的催化剂。反应中，铱能断开瓦斯（CH4）中的C-H键，然后在其上插入一个硼化合物，这种硼化合物可以轻易地被其他更复杂的化学基团取代，因此可将瓦斯催化转化为甲醇（CH3OH）。喷雾器二12为布置于巷道帮部上方的一排喷雾管道，喷雾管将催化剂溶液雾化后，喷洒到回风巷道，使风流中的瓦斯与催化剂喷雾充分反应，生成甲醇气体。
实施例，请参照附图3，原料制备系统包括混料装置3、搅拌机4、高压泵5和注液箱6；注液箱6上设置有顶部出液口、侧壁进液口与底部进液口，混料装置3与注液箱6的侧壁进液口连接，搅拌机4的搅拌轴的端部伸至混料装置3内，喷雾器二12与注液箱6的顶部出液口，高压泵5设置在喷雾器二12与注液箱6的顶部出液口之间，甲醇分离系统与注液箱6的底部进液口连接；混料装置3上设置有进水口1和催化剂进入口2。
甲醇分离系统包括甲醇分离机构和提纯机构；甲醇分离机构包括甲醇蒸馏装置7和过滤装置8，甲醇蒸馏装置7的一侧设置有进液口，另一侧设置有上端出液口和下端出液口，捕尘网二13与甲醇储液箱7的进液口连接，过滤装置8的一端与甲醇储液箱7的下端出液口连接，另一端与注液箱6的底部进液口连接，底端与提纯装置9连接；提纯机构包括提纯装置9和甲醇储液罐10，甲醇蒸馏装置7的上端出液口与提纯装置9连接，甲醇储液罐10与提纯装置9连接。需要说明的是，甲醇分离系统可以将收集到的含有甲醇的催化剂溶液进行分离，甲醇通过进一步提纯储存到甲醇储液罐，催化剂溶液经过滤重新注入喷雾器，重复利用。本实施例中的甲醇分离系统：通过喷雾器二12喷射催化溶剂吸收巷道内的瓦斯并转化为甲醇，使瓦斯得到二次利用，提高煤矿资源利用率；同时，残余的催化溶剂可以通过过滤装置8过滤后回送至喷雾器二12中继续使用，实现催化剂溶液的循环利用。
需要说明的是，还包括有信息处理与反馈装置16，所述瓦斯浓度传感器18和粉尘浓度传感器17将检测到的信号传输至信息处理与反馈装置16。具体的，粉尘浓度传感器17实时监测过滤后风流中的煤尘、粉尘浓度，通过信息处理与反馈装置16做出判断及时调整喷雾器一14的喷洒速度和捕尘网上水幕15的水流速度，确保除尘风流中煤、粉尘含量在预设的允许范围内；瓦斯传感器18用于实时监测催化反应前后风流中瓦斯浓度，实时反馈到信息处理与反馈装置16并调整喷雾器二12的喷洒速度，达到最高转化效率。
一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯方法，包括如下几个步骤：
步骤S1. 喷雾器一14将液态水雾化，对回风巷道内的风流进行一次除尘；
步骤S2. 捕尘网一11以及捕尘网上的水幕15对一次除尘后的风流进行二次除尘；
步骤S3. 粉尘浓度传感器17实时监测过二次除尘后的煤、粉尘浓度，信息处理与反馈装置16根据粉尘浓度传感器17监测到的煤、粉尘浓度进行判断并及时调整喷雾器一14的喷洒速度和捕尘网11上的水幕15的水流速度，使得二次除尘后风流中的煤、粉尘含量在预设的允许范围内；
步骤S4. 喷雾器二12将催化剂溶液雾化，与二次除尘后风流中的瓦斯参与反应，将风流中的瓦斯转化为甲醇气体，并被冷却网13吸收转化为液体，通过捕尘网二13下方的储液槽的回收口流入甲醇分离系统；
步骤S5. 甲醇分离系统将甲醇与催化剂溶液分离开，甲醇通过提纯系统提纯以后，储存到甲醇储液罐, 催化剂溶液通过过滤以后重新注入喷雾器二12中，循化利用;
步骤S6. 瓦斯浓度传感器18实时监测催化反应前后风流中瓦斯浓度，信息处理与反馈装置16根据瓦斯浓度传感器18监测到的瓦斯浓度进行判断并调整喷雾器二12的喷洒速度。
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，包括设置在回风巷道内的喷雾器组件和捕尘网组件，所述喷雾器组件包括随风流方向依次设置的喷雾器一（14）和喷雾器二（12）；
所述捕尘网组件包括捕尘网一（11）和捕尘网二（13），所述捕尘网一（11）、捕尘网二（13）的尺寸大小均与回风巷道的内管道相适配，喷雾器二（12）的一端与喷雾器一（14）之间竖向设置有所述捕尘网一（11），喷雾器二（12）的另一端与回风巷道的出风口之间竖向设置有所述捕尘网二（13），捕尘网一（11）和捕尘网二（13）将回风巷道随风流方向分隔成除尘段、催化段和出风段；
回风巷道的催化段的前端靠近捕尘网一（11）的内管壁上设置有粉尘浓度传感器（17），回风巷道的催化段的后端靠近捕尘网二（13）的内管壁上设置有瓦斯浓度传感器（18），回风巷道的出风段的前端靠近捕尘网二（13）的内管壁上同样设置有瓦斯浓度传感器（18）；
还包括有甲醇分离系统和原料制备系统，所述捕尘网二（13）的下端连接有所述甲醇分离系统，所述喷雾器二（12）与原料制备系统连接，所述甲醇分离系统将含有甲醇的催化剂溶液进行分离，并将催化剂提纯后注入喷雾器二（12）中；
所述捕尘网一（11）和捕尘网二（13）上设置有水幕（15）；
所述捕尘网二（13）的下端还设置有储液槽，储液槽与甲醇分离系统连接；
通过喷雾器二（12）喷射催化溶，将瓦斯气体转化为甲醇气体，捕尘网二（13）和水幕（15）配合将风流中的甲醇吸附到捕尘网二（13）上，进而通过水幕（15）的作用流入到捕尘网二（13）下方的储液槽中；再流入甲醇分离系统。
2.根据权利要求1所述的一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，所述原料制备系统包括混料装置（3）、搅拌机（4）、高压泵（5）和注液箱（6）；
所述注液箱（6）上设置有顶部出液口、侧壁进液口与底部进液口，所述混料装置（3）与注液箱（6）的侧壁进液口连接，所述搅拌机（4）的搅拌轴的端部伸至混料装置（3）内，所述喷雾器二（12）与注液箱（6）的顶部出液口，所述高压泵（5）设置在喷雾器二（12）与注液箱（6）的顶部出液口之间，所述甲醇分离系统与注液箱（6）的底部进液口连接；
所述混料装置（3）上设置有进水口（1）和催化剂进入口（2）。
3.根据权利要求2所述的一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，所述甲醇分离系统包括甲醇分离机构和提纯机构；
所述甲醇分离机构包括甲醇蒸馏装置（7）和过滤装置（8），所述甲醇蒸馏装置（7）的一侧设置有进液口，另一侧设置有上端出液口和下端出液口，所述捕尘网二（13）与甲醇蒸馏装置（7）的进液口连接，所述过滤装置（8）的一端与甲醇蒸馏装置（7）的下端出液口连接，另一端与注液箱（6）的底部进液口连接，底端与提纯装置（9）连接；
所述提纯机构包括提纯装置（9）和甲醇储液罐（10），所述甲醇蒸馏装置（7）的上端出液口与提纯装置（9）连接，所述提纯装置（9）与甲醇储液罐（10）连接。
4.根据权利要求1所述的一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，所述储液槽的一端开设有回收口（19），所述回收口（19）与甲醇分离系统连接。
5.根据权利要求1所述的一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，所述喷雾器二（12）为催化器溶液喷雾器，选用的催化剂为一种基于铱的催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，还包括有信息处理与反馈装置（16），所述瓦斯浓度传感器（18）和粉尘浓度传感器（17）将检测到的信号传输至信息处理与反馈装置（16）。
7.一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯方法，基于如权利要求1-6任一项所述的一种催化剂溶液吸收回风巷道风流瓦斯装置，其特征在于，包括如下几个步骤：
步骤S1. 喷雾器一（14）将液态水雾化，对回风巷道内的风流进行一次除尘；
步骤S2. 捕尘网一（11）以及捕尘网一（11）上的水幕（15）对一次除尘后的风流进行二次除尘；
步骤S3. 粉尘浓度传感器（17）实时监测过二次除尘后的煤、粉尘浓度，信息处理与反馈装置（16）根据粉尘浓度传感器（17）监测到的煤、粉尘浓度进行判断并及时调整喷雾器一（14）的喷洒速度和捕尘网一（11）上的水幕（15）的水流速度，使得二次除尘后风流中的煤、粉尘含量在预设的允许范围内；
步骤S4. 喷雾器二（12）将催化剂溶液雾化，与二次除尘后风流中的瓦斯参与反应，将风流中的瓦斯转化为甲醇气体，并被捕尘网二（13）吸收转化为液体，通过捕尘网二（13）下方的储液槽的回收口流入甲醇分离系统；
步骤S5. 甲醇分离系统将甲醇与催化剂溶液分离开，甲醇通过提纯系统提纯以后，储存到甲醇储液罐, 催化剂溶液通过过滤以后重新注入喷雾器二（12）中，循化利用;
步骤S6. 瓦斯浓度传感器（18）实时监测催化反应前后风流中瓦斯浓度，信息处理与反馈装置（16）根据瓦斯浓度传感器（18）监测到的瓦斯浓度进行判断并调整喷雾器二（12）的喷洒速度。
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